En camino a la computadora rodante
Con arquitectura zonal para un vehículo definido por software
Los vehículos autónomos e interconectados son el siguiente paso en la evolución del automóvil. Para implementarlo, muchos fabricantes apuestan por una nueva disposición de la electrónica del automóvil, la llamada arquitectura zonal o por zonas: en lugar de una electrónica orientada al hardware según las funciones (arquitectura de dominio), se forman zonas que dependen de la posición en el vehículo. La ventaja: menos cableado y menos unidades de control (ECU), así como una mayor estandarización. Los vehículos actuales con arquitectura antigua contienen hasta 120 ECU diferentes; el arnés de cables es, entre tanto, el segundo componente más pesado después del motor.
Menos cables
La agrupación de funciones en zonas reduce la complejidad de dispositivos y cableado y, al mismo tiempo, allana el camino para los vehículos definidos por software e interconectados (SDN: software-defined networking). En la arquitectura basada en zonas, la cual según la consultora de empresas S&P ya se encontraría en un 38 % de los vehículos fabricados en todo el mundo en 2024, hay una computadora central que va conectada a potentes controladores de zona que comandan los sensores y actuadores. Los pioneros son sobre todo los fabricantes de vehículos eléctricos.
Para que pueda funcionar una red semejante, se requiere una gran potencia de cálculo, grandes anchos de banda y baja latencia. Para la conducción autónoma también se requieren tecnologías de red en tiempo real como Automotive Ethernet TSN (Time Sensitive Networking según la norma IEEE 802.1AS-2020). A nivel del bus de campo, también se utilizan normas avanzadas o de reciente desarrollo como CAN FD y CAN XL, LIN (Local Interconnect Network) y PCIe (Peripheral Component Interconnect Express).
Más estandarización
Las arquitecturas zonales fomentan la estandarización de los vehículos, de manera que los nuevos módulos y funciones puedan integrarse más fácilmente y los arneses de cables (más cortos) puedan producirse de forma automatizada. Además, en los vehículos definidos por software, las actualizaciones de firmware y otras actualizaciones de software pueden realizarse “over-the-air” (OTA), es decir, de forma inalámbrica en el futuro, suponiendo un alto nivel de seguridad funcional conforme a la norma ISO 26262.
Del lado del hardware, se requieren especialmente controladores de zona y puertas de enlace de alto rendimiento (edge computing), que funcionen con circuitos altamente integrados (SoC: System-on-Chip). Además, se necesita un sistema operativo propio, así como el llamado Middleware. El middleware es un software capaz de intermediar entre diferentes aplicaciones o sistemas, por ejemplo, cámaras, sensores y tren motriz, y organizar el intercambio de datos entre ellos.
Independientemente de cómo sea la implementación concreta, precisamente en la fase de transición también existen formas mixtas entre arquitectura de dominio y arquitectura de zona, los arneses de cables involucrados deben probarse exhaustivamente. Esto se debe a que cuanto más complejas sean las funciones incorporadas y más interconectadas estén entre sí, más consecuencias tendrán los fallos de funcionamiento.
Por tanto, las pruebas de arneses de cables son extensas y diversas, y aquí es donde entra en juego la experiencia de INGUN: el área de negocio Wire Harness ofrece soluciones adecuadas para diversos escenarios y requerimientos.
Se realizan típicamente las siguientes pruebas:
- Prueba de presencia: para comprobar si los componentes están presentes o correctamente colocados, se suelen utilizar pines de detección (SKS), que brindan la información deseada en función del escenario (interruptor, emisor de señales, etc.). Los SKS (en inglés: switch probes) están disponibles en diferentes tramas, así como en versiones de apertura y cierre.
- Prueba de paso (prueba de conexión): la prueba de continuidad eléctrica puede realizarse con puntas de prueba enchufadas, pero a menudo se realiza con puntas de prueba atornilladas. Garantizan que la punta de prueba quede bien sujeta en el receptáculo durante la prueba, algo especialmente recomendable en aplicaciones con vibraciones o fuerzas laterales y longitudinales no deseadas.
- Prueba de posición: en esta prueba se verifica si los terminales de contacto están correctamente posicionados en el conector. Aquí se utilizan las denominadas puntas de prueba de disco, también conocidas como puntas de prueba de cabezal en T o agujas de disco. Están disponibles en muchas variantes diferentes.
- Prueba de enganche: en la prueba de enganche se comprueba además si los terminales de contacto están enganchados en el conector enchufable, a fin de establecer un contacto eléctrico permanente. INGUN ofrece en este caso agujas de enganche especiales (en inglés: push back probes), que pueden detectar un deslizamiento no deseado de los terminales de contacto.
- Prueba de terminales de cable: el contacto de conectores enchufables con terminales de contacto alineados geométricamente –como los terminales de cable– requiere cuidados especiales. Para evitar daños, el terminal de cable debe contactarse de manera frontal, sin que la punta de prueba penetre en el terminal. Las puntas de prueba a prueba de giros de INGUN garantizan esta alineación exacta y permiten un contacto fiable y no invasivo.
- Prueba de conectores coaxiales y de datos: los conectores coaxiales como el FAKRA poseen un conductor de señal y un conductor externo de blindaje. En la prueba de paso se debe garantizar la conductividad de ambos conductores, sin cortocircuito. La prueba de alta tensión (prueba Hipot) comprueba además el aislamiento, a fin de detectar fallos o defectos de producción en una fase temprana. Estos métodos también se utilizan para conectores de datos como los H-MTD. Para la prueba se utilizan puntas tipo dipolo especiales, opcionalmente también para pruebas de alta tensión de hasta varios kilovoltios.
- Prueba de estanqueidad: cuando se utilizan arneses de cables en exteriores (por ej. en el compartimento del motor), es imprescindible una protección fiable contra el agua, el polvo y otras influencias ambientales. Esto se logra mediante medidas de sellado, como por ej. material de cinta autovulcanizante, boquillas pasacables (grommets) o conectores especialmente sellados. La prueba de estanqueidad (prueba de fugas) comprueba la eficacia de estas medidas generando una presión positiva o negativa mediante puntas de prueba en casquillos de contacto herméticos. Dependiendo del diseño, los casquillos están o bien cerrados, o provistos de un agujero que se suelda posteriormente.
La arquitectura zonal acerca la industria automotriz al vehículo definido por software, con menor complejidad de cableado e interfaces estandarizadas. Sin embargo, para que los nuevos conceptos puedan aplicarse de forma fiable, los elementos básicos como los arneses de cables, también deben cumplir las normas de calidad más exigentes. Pruebas exhaustivas y precisas garantizan que la seguridad, la conectividad y la durabilidad estén aseguradas. INGUN ofrece para ello un amplio surtido de tecnologías de prueba que asiste a los fabricantes en todas las fases de la transformación, desde los vehículos de dominio clásico hasta los modernos vehículos de zona. De esta manera, la visión de la computadora rodante se va haciendo poco a poco realidad.